Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hiệu ứng nén ion trong các chuỗi nano FePt rỗng với lớp vỏ mỏng dưới tác động bức xạ ion năng lượng thấp
Tóm tắt
Việc điều chỉnh hình thái của các vật liệu nano thông qua bức xạ ion mở ra một cách để kiểm soát chính xác các tính chất vật lý - hóa học. Dưới tác động bức xạ liên tục của các ion Ga+, Ne+ và He+ năng lượng thấp, hiệu ứng nén ion đã được phát hiện trong các chuỗi nano FePt rỗng với lớp vỏ siêu mỏng, trong đó thể tích của các chuỗi nano dần dần bị nén bởi các ion. Thuật toán học sâu đã được áp dụng thành công để tự động và chính xác đo kích thước trung bình của các hình cầu trong các chuỗi nano FePt rỗng. Quá trình nén dưới bức xạ ion diễn ra rất nhanh trong giai đoạn đầu và sau đó tiến vào một vùng chậm lại. Tốc độ nén trong cả hai vùng được điều chỉnh tuyến tính và tất cả các giá trị đều trong khoảng từ 10−17 đến 10−14 cm2/ion. Loại ion và dòng ion có ảnh hưởng đến tốc độ nén. Ví dụ, tốc độ nén của các ion Ga+ lớn hơn so với các ion Ne+ và He+ dưới cùng một dòng điện, trong khi bức xạ với dòng điện lớn hơn có thể nén các chuỗi nano nhanh hơn. Hiệu ứng nén ion bắt nguồn từ biến dạng cắt cục bộ do sự tương tác giữa các ion đến và các electron của nguyên tử Fe và Pt trong lớp vỏ siêu mỏng. Với bức xạ liên tục, các cụm tinh thể của các chuỗi nano FePt trước tiên phát triển lớn hơn và sau đó trở nên vô định hình. Hiệu ứng nén ion có thể được áp dụng để điều chỉnh kích thước và cấu trúc tinh thể của các cấu trúc rỗng với một tốc độ chính xác bằng cách lựa chọn các loại ion và dòng điện phù hợp.
Từ khóa
#nén ion #bức xạ ion #chuỗi nano FePt #vật liệu nano #hiệu ứng nénTài liệu tham khảo
Wang, X. N.; Wan, W. J.; Shen, S. H.; Wu, H. Y.; Zhong, H. Z.; Jiang, C. Z.; Ren, F. Application of ion beam technology in (photo)electrocatalytic materials for renewable energy. Appl. Phys. Rev. 2020, 7, 041303.
Kaur, M.; Gautam, S.; Goyal, N. Ion-implantation and photovoltaics efficiency: A review. Mater. Lett. 2022, 309, 131356.
Xiang, X. P.; He, Z. Y.; Rao, J. J.; Fan, Z.; Wang, X. W.; Chen, Y. Applications of ion beam irradiation in multifunctional oxide thin films: A review. ACS Appl. Electron. Mater. 2021, 3, 1031–1042.
Liu, Z.; Cui, A. J.; Li, J. J.; Gu, C. Z. Folding 2D structures into 3D configurations at the micro/nanoscale: Principles, techniques, and applications. Adv. Mater. 2019, 31, 1802211.
Juge, R.; Bairagi, K.; Rana, K. G.; Vogel, J.; Sall, M.; Mailly, D.; Pham, V. T.; Zhang, Q.; Sisodia, N.; Foerster, M. et al. Helium ions put magnetic skyrmions on the track. Nano Lett. 2021, 21, 2989–2996.
Xia, T. Y.; Luo, H.; Wang, S. G.; Liu, J. L.; Yu, G. H.; Wang, R. M. Large-scale synthesis of gold dendritic nanostructures for surface enhanced Raman scattering. CrystEngComm 2015, 17, 4200–4204.
Yang, S. Y.; Liu, Z.; Hu, S.; Jin, A. Z.; Yang, H. F.; Zhang, S.; Li, J. J.; Gu, C. Z. Spin-selective transmission in chiral folded metasurfaces. Nano Lett. 2019, 19, 3432–3439.
Rettner, C. T.; Anders, S.; Baglin, J. E. E.; Thomson, T.; Terris, B. D. Characterization of the magnetic modification of Co/Pt multilayer films by He+, Ar+, and Ga+ ion irradiation. Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 279–281.
Aumayr, F.; Facsko, S.; El-Said, A. S.; Trautmann, C.; Schleberger, M. Single ion induced surface nanostructures: A comparison between slow highly charged and swift heavy ions. J. Phys.:Condens. Matter 2011, 23, 393001.
Fassbender, J.; McCord, J. Magnetic patterning by means of ion irradiation and implantation. J. Magn. Magn. Mater. 2008, 320, 579–596.
Allen, F. I. A review of defect engineering, ion implantation, and nanofabrication using the helium ion microscope. Beilstein J. Nanotechnol. 2021, 12, 633–664.
Sun, Y. J.; Liang, Y. X.; Luo, M. C.; Lv, F.; Qin, Y. N.; Wang, L.; Xu, C.; Fu, E. G.; Guo, S. J. Defects and interfaces on PtPb nanoplates boost fuel cell electrocatalysis. Small 2018, 14, 1702259.
Tang, B.; Cui, B. Q.; Wang, L. M.; Ma, R. G.; Li, N.; Chen, L. H.; Cao, L. X.; Huang, Q. H.; Zhang, J.; Ran, G. et al. The development of a hydrogen-helium dual-beam ion implanter. Rev. Sci. Instrum. 2020, 91, 013309.
Thieberger, P.; Carlson, C.; Steski, D.; Ghandi, R.; Bolotnikov, A.; Lilienfeld, D.; Losee, P. Novel high-energy ion implantation facility using a 15 MV Tandem Van de Graaff. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B Beam Interact. Mater. Atoms 2019, 442, 36–40.
Petrov, Y. V.; Grigoryev, E. A.; Baraban, A. P. Helium focused ion beam irradiation with subsequent chemical etching for the fabrication of nanostructures. Nanotechnology 2020, 31, 215301.
Li, P.; Chen, S. Y.; Dai, H. F.; Yang, Z. M.; Chen, Z. M.; Wang, Y. S.; Chen, Y. Q.; Peng, W. Q.; Shan, W. B.; Duan, H. G. Recent advances in focused ion beam nanofabrication for nanostructures and devices: Fundamentals and applications. Nanoscale 2021, 13, 1529–1565.
Klaumünzer, S.; Schumacher, G.; Rentzsch, S.; Vogl, G.; Söldner, L.; Bieger, H. Severe radiation-damage by heavy-ions in glassy Pd80Si20. Acta Metall. 1982, 30, 1493–1502.
Rizza, G. From ion-hammering to ion-shaping: An historical overview. J. Phys. Conf. Ser. 2015, 629, 012005.
Li, R.; Pang, C.; Li, Z. Q.; Chen, F. Plasmonic nanoparticles in dielectrics synthesized by ion beams: Optical properties and photonic applications. Adv. Opt. Mater. 2020, 8, 1902087.
Boltasseva, A.; Atwater, H. A. Low-loss plasmonic metamaterials. Science 2011, 331, 290–291.
Stewart, M. E.; Anderton, C. R.; Thompson, L. B.; Maria, J.; Gray, S. K.; Rogers, J. A.; Nuzzo, R. G. Nanostructured plasmonic sensors. Chem. Rev. 2008, 108, 494–521.
Anker, J. N.; Hall, W. P.; Lyandres, O.; Shah, N. C.; Zhao, J.; Van Duyne, R. P. Biosensing with plasmonic nanosensors. Nat. Mater. 2008, 7, 442–453.
Sigmund, P. Stopping of slow ions. In Particle Penetration and Radiation Effects Volume 2. Sigmund, P., Eds.; Springer: Cham, 2014; pp 343–415.
Arora, W. J.; Sijbrandij, S.; Stern, L.; Notte, J.; Smith, H. I.; Barbastathis, G. Membrane folding by helium ion implantation for three-dimensional device fabrication. J. Vac. Sci. Technol. B 2007, 25, 2184–2187.
Rajput, N. S.; Banerjee, A.; Verma, H. C. Electron- and ion-beam-induced maneuvering of nanostructures: Phenomenon and applications. Nanotechnology 2011, 22, 485302.
Rahman, F. H. M; McVey, S.; Farkas, L.; Notte, J. A.; Tan, S. D.; Livengood, R. H. The prospects of a subnanometer focused neon ion beam. Scanning 2012, 34, 129–134.
Wu, J. G.; Yuan, Y.; Niu, S. Y.; Wei, X. F.; Yang, J. J. Multiscale characterization of pore structure and connectivity of Wufeng-Longmaxi shale in Sichuan Basin, China. Mar. Petrol. Geol. 2020, 120, 104514.
Liu, J. L.; Niu, S. Y.; Li, G. L.; Du, Z. M.; Zhang, Y. X.; Yang, J. J. Reconstructing 3D digital model without distortion for poorly conductive porous rock by nanoprobe-assisted FIB-SEM tomography. J. Microsc. 2021, 282, 258–266.
Snoeks, E.; Van Blaaderen, A.; Van Dillen, T.; Van Kats, C. M.; Brongersma, M. L.; Polman, A. Colloidal ellipsoids with continuously variable shape. Adv. Mater. 2000, 12, 1511–1514.
Lou, X. W.; Archer, L. A.; Yang, Z. C. Hollow micro/nanostructures: Synthesis and applications. Adv. Mater. 2008, 20, 3987–4019.
Sun, Q.; Ren, Z.; Wang, R. M.; Wang, N.; Cao, X. Platinum catalyzed growth of NiPt hollow spheres with an ultrathin shell. J. Mater. Chem. 2011, 21, 1925–1930.
Liu, J. L.; Xia, T. Y.; Wang, S. G.; Yang, G.; Dong, B. W.; Wang, C.; Ma, Q. D.; Sun, Y. N.; Wang, R. M. Oriented-assembly of hollow FePt nanochains with tunable catalytic and magnetic properties. Nanoscale 2016, 8, 11432–11440.
Liu, J. H.; Liu, X. W. Two-dimensional nanoarchitectures for lithium storage. Adv. Mater. 2012, 24, 4097–4111.
Tiwari, J. N.; Tiwari, R. N.; Kim, K. S. Zero-dimensional, one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional nanostructured materials for advanced electrochemical energy devices. Prog. Mater Sci. 2012, 57, 724–803.
Sun, Q.; Liu, W.; Wang, R. M. Double-layered NiPt nanobowls with ultrathin shell synthesized in water at room temperature. CrystEngComm 2012, 14, 5151–5154.
Shen, X.; Sun, Q.; Zhu, J.; Yao, Y.; Liu, J.; Jin, C. Q.; Yu, R. C.; Wang, R. M. Structural stability and Raman scattering of CoPt and NiPt hollow nanospheres under high pressure. Prog. Nat. Sci. Mater. 2013, 23, 382–387.
Du, F. H.; Li, B.; Fu, W.; Xiong, Y. J.; Wang, K. X.; Chen, J. S. Surface binding of polypyrrole on porous silicon hollow nanospheres for Li-ion battery anodes with high structure stability. Adv. Mater. 2014, 26, 6145–6150.
Wang, D. L.; He, H.; Han, L. L.; Lin, R. Q.; Wang, J.; Wu, Z. X.; Liu, H. F.; Xin, H. L. L. Three-dimensional hollow-structured binary oxide particles as an advanced anode material for high-rate and long cycle life lithium-ion batteries. Nano Energy 2016, 20, 212–220.
Liu, J. L.; Liu, W.; Sun, Q.; Wang, S. G.; Sun, K.; Schwank, J.; Wang, R. M. In situ tracing of atom migration in Pt/NiPt hollow spheres during catalysis of CO oxidation. Chem. Commun. 2014, 50, 1804–1807.
Liu, J. L.; Zhang, Y. X.; Xia, T. Y.; Zhang, Q. Q.; Wang, S. G.; Wang, R. M.; Yang, J. J. One-dimensional hollow FePt nanochains: Applications in hydrolysis of NaBH4 and structural stability under Ga+ ion irradiation. Nanotechnology 2020, 31, 185704.
McCulloch, D.; Hoffman, A.; Prawer, S. Ion-beam induced compaction in glassy carbon. J. Appl. Phys. 1993, 74, 135–138.
Raut, U.; Teolis, B. D.; Loeffler, M. J.; Vidal, R. A.; Famá, M.; Baragiola, R. A. Compaction of microporous amorphous solid water by ion irradiation. J. Chem. Phys. 2007, 126, 244511.
Das, K.; Freund, J. B.; Johnson, H. T. A FIB induced boiling mechanism for rapid nanopore formation. Nanotechnology 2014, 25, 035303.
Raineri, V.; Coffa, S.; Szilágyi, E.; Gyulai, J.; Rimini, E. He-vacancy interactions in Si and their influence on bubble formation and evolution. Phys. Rev. B 2000, 61, 937–945.
Li, R. R.; Zhu, R.; Chen, S. L.; He, C.; Li, M. Q.; Zhang, J. M.; Gao, P.; Liao, Z. M.; Xu, J. Study of damage generation induced by focused helium ion beam in silicon. J. Vac. Sci. Technol. B 2019, 37, 031804.
Oliviero, E.; Peripolli, S.; Amaral, L.; Fichtner, P. F. P.; Beaufort, M. F.; Barbot, J. F.; Donnelly, S. E. Damage accumulation in neon implanted silicon. J. Appl. Phys. 2006, 100, 043505.
Girshick, R. Fast R-CNN. In 2015 IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV), Santiago, 2015, pp 1440–1448.
Ren, S. Q.; He, K. M.; Girshick, R.; Sun, J. Faster R-CNN: Towards real-time object detection with region proposal networks. IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell. 2017, 39, 1137–1149.
Hou, M. D.; Klaumünzer, S.; Schumacher, G. Dimensional changes of metallic glasses during bombardment with fast heavy ions. Phys. Rev. B 1990, 41, 1144–1157.
Liang, Y. X.; Sun, Y. J.; Wang, X. Y.; Fu, E. G.; Zhang, J.; Du, J. L.; Wen, X. D.; Guo, S. J. High electrocatalytic performance inspired by crystalline/amorphous interface in PtPb nanoplate. Nanoscale 2018, 10, 11357–11364.
Zhang, Q. Q.; Liu, J. L.; Xia, T. Y.; Qi, J.; Lyu, H. C.; Luo, B. Y.; Wang, R. M.; Guo, Y. Z.; Wang, L. H.; Wang, S. G. Antiferromagnetic element Mn modified PtCo truncated octahedral nanoparticles with enhanced activity and durability for direct methanol fuel cells. Nano Res. 2019, 12, 2520–2527.
Zhu, M. Y.; Wang, Y.; Wu, Y. F.; Liu, J. L.; Zhang, J. Y.; Huang H.; Zheng X. Q.; Shen J. X.; Zhao, R. J.; Zhou, W. D. et al. Greatly enhanced methanol oxidation reaction of CoPt truncated octahedral nanoparticles by external magnetic fields. Energy Environ. Mater., in press, https://doi.org/10.1002/eem2.12403.
Yu, Y. N.; Zhai, M. M.; Hu, J. B. Electrocatalytic oxidation of ethanol and ethylene glycol on bimetallic Ni and Ti nanoparticle-modified indium tin oxide electrode in alkaline solution. Prog. Nat. Sci. Mater. Int. 2019, 29, 511–516.